مقدمه
گستره وسیعی از آلیاژهای فلزات آهنی و غیرآهنی در ساختمان ها کاربرد دارند، ولی آهن، فولاد، آلومینیوم، مس، سرب و روی غالب تر هستند، رویکرد نوین در عرصه ساخت و ساز به سمت تولید آلیاژهای بادوام تر و استفاده از روکش هایی برای ایجاد محافظت و گوناگونی ظاهری در انواع محصولات است. به طور کلی برای تولید فلزات از مواد خام انرژی زیادی لازم است؛ به هر حال مصرف انرژی فراوان در برابر عمر طولانی و قابلیت بازیافت محصولات فلزی زیاد نمی نماید تقریبا 50% تولید کنونی فولاد در دنیا از آهن قراضه می باشد.
فلزات آهنی
بشر از دیرباز با آهن و فولاد و چدن که امروزه به عنوان پرمصرف ترین فلزات جهن می باشند، آشنا بوده است. استفاده از آلیاژهای آهن در بنا حتی در میزان بسیار اندک و محدود در ابنیه اعصار گذشته کتر به چشم می خورد. اما تنها از اوائل قرن هیجدهم با پیشرت می خورد. اما تنها از اوائل قرن هیجدهم با پیشرفت صنعت، استفاده از این فلز رو به فزودنی گذاشته است. از این طریق ایده های نو و پدیده های بدیع وارد صنعت ساختمانی گردید. در ابتدا از آهن برای کارهای جزئی همچون تزئینات و یا کلاف بندی بناهای سنگی استفاده می شد. در همین زمان آهن در بعضی از پوشش های کم وزن مثل سقف تئاتر فرانسه که در بوردو ساخته شد به کار رفت، اما به علت عدم توسعه صنایع تصفیه آهن استفاده از این فلز محدود است. در اواسط قرن هیجدهم در انگلستان قدم های شایان توجهی در بهبود و پیشرفت صنعت یا]ن برداشته شد. دراواخر این قرن نتیاجی این پیشرفت ها دراختیار عموم قرار گرفت و این صنعت با توجه به توسعه روزافزودن صنایع اسلحه سازی بهبود حاصل کرد و اولین ابنیه با اعضای باربر فلزی همچنین پل های فولادی بنا شدند و فصل نوینی در تاریخ ساختمان سازی آغاز شد و دروازه های استفاده از آهن در ساختمان گشوده شد.
قدیمی ترین مورد مصرف آهن در تولید اسلحه و وسایل دیگر در عصر آهن در اروپا در قرن سیزدهم میلادی بوده است؛ پیشرفت های با ارزش در استفاده ازآهن در ساختمان گشوده شد.
قدیمی ترین مورد مصرف آهن د رتولید اسلحه و وسایل دیگر در عصر آهن در اروپا در قرن سیزدهم میلادی بوده است؛ پیشرفت های با ارزش در استفاده از آهن در ساختمان، استفاده از یک زنجیر از جنس آهن نرم تحت کشش در گنبد کلیسای سنت پاول (PALE) برای جلوگیری از ریزش دیواره ها به بیرون و استفاده از چدن توس طپاکستون در قسمت های پیش ساخته ساختمان کریستال پالاس (قصره بلورین) در سال 1851 م. می باشند فولاد ماده نسبتا جدیدی است و در مقادیر صنعتی تنها درآمد. اولین ساختمان بلند 10 طبقه با اسکلت فلزی در سال 1858 م. در شیکاگو توسط ویلیام لوبادن جنی ساخته شد. (تصویر شماره 1)
متالورژی آهن و فولاد
روند متالورژی برای تولید محصول فلزی با شکل و خاصیت مورد نظر به کار برده می شود. تولید چدن اولین قدم در تبدیل سنگ آهن که مخلوطی از اکسیدهای آهنی و نمک های معدنی و مخلوطی از 5 سیلیس، آلومین، سنگ آهک و سایر اجزای است، می باشد.
با ارزش ترین سنگ معدنی برای تولید چدن، سنگ آهن مغناطیسی یا مگنتیت Fe304 هماتیت ،لیمونیت ، و سنگ آهن اسپانیک می باشند که باید از ناخالصی های مضر مانند سولفورها و فسفورها عاری باشند. بیشترین مقدار آهن در انها باید مگنتیت و هماتیت تا 70% می باشد. اهن موجود در سنگ آهن لیمونیت و اسپانیک معمولا کمتر از 50 یا 60% است.
سوخت در روند کوره بلند ذوب آهن کّک می باشد که محصول تصفیه و خشک کردن زغال در درجه حرارت بین 900 تا 1100 درجه می باشد. از کک فقط برای تولید حرارت استفاده نمی شود، بلکه به منظور احیای سنگ آهن نیز به کار می رود.
درجه حرارت ذوب سنگ معدنی به کمک بارگیری مواد گدازآوری مانند سنگ آهک، کوارتز، ماسه سنگ و کوارتزیت کاهش می یابد.
در این کوره استوانه ای شکل که از جنس فولاد و به کمک آجرنسوز آستر شده است و کوره بلند نامیده می شود، چدن به صورت مذاب به دست می آید. مواد اولیه بر اساس مقادیر از پیش مشخص شده از بالای کوره بارگیری و بر اساس نیروی جاذبه به سمت پایین کوره هدایت می شوند و رفته رفته داغ تر می شوند تا به حالت مذاب در می آیند. مواد مذاب حاصل شامل آهن خام و سرباره می باشند که به سمت بوته کوره که قسمت تحتانی استوانه است جاری می شوند. و به علت وزن مخصوص متفاوت آهن و سرباره این دو از یکدیگر جدا م یشوند و آهن توسط شیر تخلیه تحتانی وسرباره توسط شیر تخلیه فوقانی از انتهای کوره بلند تخلیه می شوند.(تصویر شماره 2)
هوای داغ نیز از طریق مجراهایی که در بالای محل بوته قرار گرفته اند به داخل کوره دمیده می شوند. کک ه کمک اکسیژن موجود در هوا می سوزد دی اکسید کربن حاصل به بالای کوره صعود می کند و با گذر ا زکنار زغال های کک فوقانی مبدل به مونواکسید کربن می شود.
مونواکسید کربن، آهن را از سنگ معدنی بر اساس فلمول زیر جدا می کند.
مقداری از گوگرد، فسفر، منگنز و سیلیس موجود در سنگ معدنی نیز که به صورت ناخالصی و اکسید بوده اند و به همراه آهن از کوره خارج می شوند.
با تهیه چدن به جز کوره بلند از دو روش کوره الکتریکی و کوره احیا نیز استفاده می شود. در روش اول از جریان الکتریسیته برای ذوب سنگ آهن استفاده می شود. در روش دوم از گاز کربن یا گاز چاه های نفت مستقیما برای احیای سنگ آهن در درجه حرارت 1000 درجه سانتی گراد استفاده می شود. این روش بهعلت شکل محصول به دست آمده، روش تولید آهن اسفنجی نیز نامیده می شود.
بخشی از آهن موجود در کوره بلند در دمای بین 900 تا 1100 درجه سانتی گراد با موواکسید کربن واکنش شیمیایی نشان می دهد و به صورت کربید آن در می آید.
تولید آهن از یک سری عملیات متوالی تشکیل شده که کاملا به هم وابسته هستند تا حداکثر بازدهی را در این عملیات متوالی تشکیل شده که کاملا به هم وابسته هستند تا حداکثر بازدهی را در این عملیات انرژی بر تضمین کنند. مراحل اصلی در روند تولید آهن عبارتند از تولید آهن خام و تبدیل آن به فولاد، ریخته گری فولاد مذاب و تبدیل ان به ورق یا تسمه یا پروفیل و ای در انتها توسط نورد سرد رول های ورق فولادی را به تسمه و پروفیل تبدیل می کنند.
سنگ آهن تولید سرباره مایعی می کند که بر روی سطح آهن مذاب شناور می شود. ناخالصی های آهن ج ذب سرباره شده و آهن تخلیص می شود. کل این روند مداوم است و کوره ذوب هرگز خاموش نمی شود، چون راه اندازی دوباره کوره باآجرهای نسوز مخصوص گران قیمت و زمان بر است. هر چند وقت یک بار، هنگامی که سطح سرباره بالا می آید، اضافی آن تخلیه می شود و به عنوان "تولید فرعی" به مصرف دیگری می رسد. وقتی برای روند فولادسازی "فلز مذاب" نیاز باشد. آن را درون بوته های بزرگی انتقال می دهند. دراین مرحله آهن فقط 95- 90 درصد خالص است و دارای ناخالصی های سولفور، فسفر، منگنز و یک کوره بلند معمولا بدون توقف حدود 10 سال کار می کمند و در این مدت 40000 تن آهن درهر هفته تولید می کند.
از سرباره کوره بلند ذوب اهن به عنوانمواد با ارزشی برای تولید مصالح ساختمانی استفاده می شود. از آن جمله برای تهیه سیمان، بلوک، مصالح عایق حرارتی مانند "پشم سنگ" بهره برداری می شود. از گازهای کوره ذوب اهن نیز به عنوان منبع حرارت در کوره ذوب اهن نیز به عنوان منبع حرارت در قسمت های مختلف کارخانه استفاده می شود.
میزان کربن در فلزات آهنی:
مقدار کربن که با آهن آلیاژ شده به خاطر اثر مخصوصش بر ساختار بلوری میکروسکپی تاثیری مشخص بر خواص فیزیکی فلز می گذارد. برخی از اشکال کریستالی کربن و آهن که با نسبت آهن و کربن بستگی دارند، مثل: فریت، پرلیت و سمانتیت در دمای معمولی پایدار هستند؛ اما با افزایش دما، اشکال کریستالی فوق ناپایدار می شوند و در شکل گیری مجدد، کریستال ارسنیت را پدید می آورند؛ این ساختار را می توان با آبدیده کردن سریع فولاد داغ سرخ در دمای معمولی به تاخیر انداخت؛ در حقیقت با این روش از بولریزه شدن دوباره که روندی طبیعی است جلوگیری می کنیم. این اثرات در عملیات مختلف گرمایی که برای بهبود خواص فیزیکی فولاد بر روی آن انجام می شود به خوبی پدیدار می شود. (جدول شماره 1)
– آهن خالص (نرم): این آهن فقط (02/0) در صد کربن دارد و در روش سنتی با ذوب و اکسیده کردن چدن در یک کوره پاتیلی چرخان به دست می آمد. این کار از نظر تئوریک تا سوختن تمام کربن اهن خام ادامه می یابد تا آهن نرم خمیری شکل به دست آید که از کوره خارج می شود و چکش کاری می گردد. آهن نرم به خاطر مخلوط شدن تصادفی مواد نرم به خاطر مخلوط شدن تصادفی مواد سرباره با ان حالتی فیبری دارد (در آن ناخالصی به صورت فیبر وجود دارد) و ناخالصی هایی مثل سولفید منیزیم به همراه دارد. این فیبرها در چکش کاری به رگه های درازی تغییر شکل می یابند.
آهن نرم دمای ذوب بالایی در حدود 1540 درجه سانتی گراد دارد. در قدیم برای وسایل و قسمت هایی که باید کشش را تحمل می کردند، به کار می رفت. چون مقاومت کششی آن 2 N/mm 350 است؛ این نوع آهن ها انعطاف پذیر است و قابلیت کاربردی بالایی دارد و به راحتی در دمای سرخ پرسکاری می شود و به همین خاطر ماقومت بالاتر از انتظار در برابر خوردگی ناشن می دهد و برای تولید کارهای آهنی تزئینی به کار می رود و به علت دمای ذوب بالایش جوش کاری یا ریخته گری با آن امکان پذیر نیست.
– آهن معمولی: این آهن حدود 2 درصد کربن دارد و با کوره توسط کک به دست می آید ، دمای ذوب پایین (حدود 1130 درجه سانتی گراد) و روانی بالای آن پس از ذوب آن رام برای روانی بالای آن پس از ذوب آن رام برای ریخته گری مناسب می سازد ولی، برخلاف آهن نرم، نمی توان روی آن در حالت مذاب کار کرد و عموماً یک ماده شکننده می باشد. مقاومت آن در برابر خوردگی به خوبی دیگ های بخار، وسایل داخل خیابان و کالای سنتی و هدایت آب باران (ناودان ها) است. انواع مختلف آهن ریخته گری به ساختارهای کریستالی مختلف آن بستگی دارند، چدن خاکستری که بیشتر مورد استفاده است بلورهای ریز گرافیت دارد که باعث خصوصیت شکنندگی می شود و رنگ خاکستری را در مقابل پدید می آورد. کربن چدن سفید به صورت بلور سمانتیت (کربید آهن ، ) می باشد که از سرد کردن سریع مذاب حاصل می شود. این ماده را می توان نرم کرد تا درجه شکنندگی آن کاهش یابد. نوعی دیگر از آهن خام که انعطاف پذیر است (چدن چکش خوار) با اضافه کردن منیزیم سیلیکات آهن و نوعی دیگر از اهن خام که باعث بلوری شدن کربن و تبدیل ان به گره های گرافیت می شود پدید می آید. این ماده مقاومت کششی بیتشری دارد و مقاومت آن در برابر ضربه خیلی بیشتر است. همه انواع چدن در برابر فشار ماقوم هستند.
محصولات آهنی مورد مصرف در خیابان (خیابانی)، مثل دریچه فاضلاب، که از مقادیر عظیم چدن خاکستری بازیافتی تولید می شوند سنگین ولی شکننده هستند. در جاهایی که مقاومت بیشتری در برابر ضربه نیاز است، مثل جاده های عمومی، قطعات سبک تر و انعطاف پذیرتر آهنی استفاده می شوند. کالاهای مربوط به هدایت آب باران (ناودان و … ) که با روش های سنتی (قالب ماسه) ریخته گری می شوند معمولا از چدان خاکستری ساخته شده اند، در حالی که سیستم های فاضلاب از چ دن خاکستری و همچنین چکش خوار ساخته می شوند ولی اگر سریع با آب (آبفشانی) سرد شود ترک می خورد.
فولادها: گستره وسیع انواع فولاد موجود در بازار نشان دهنده خصوصیات مختلفی است که به درصد کربن، عملیات مختلف گرمایی و اضافه کردن مواد آلیاژی بستگی دارند. مقایسه کربن فولاد معمولا بین (07/0 تا 7/1 درصد) نوسان می کند و همین به تنهایی طیفی وسیع از ویژگی های فیزیکی پدید می آورد. فولادهای کم کربن (15/0 تا 07/0 درصد) و فولاد چکش خوار (25/0 تا 15/0 درصد) ، معمولا نرم هستند و می توان فولادهای کربن متوسط (5/0 تا 25/0 درصد) که معمولا بر روی آنها عملیات فولادهای کربن بالا (9/0 تا 5/0 درصد) و فولاد ابزار سازی (7/1 تا 9/0 درصد) مقاومت بیشتری در برابر صدمه (ضربه، خراش و … ) از خود نشان می دهند که با افزایش کربن بیشتر می شود.
فولاد
به کمک کاهش ناخالصی کربن و سایر مواد زائد، فولاد را از چدن سفید تهیه می کنند.
روش های امروزی برای ساخت فولاد شامل روش اکسیژن، روش اپن هارت (زیمنس -مارتن) و روش فولادسازی با کوره الکتریکی می باشند.
صرف نظر از روش تولید، روند فولاد سازی شامل اکسیداسیون ناخالصی های نامطلوب می باشد که تبدیل به سرباره می شوند ویا می سوزند.
در روش بسمر و اکسیژن ، هوا یا گاز اکسیژن به داخل پاتیل متحرک که با چدن مذاب بارگیری شده است با فشار دمیده شده و باعث اکسید شدن ناخالصی ها می شود. (تصویر شماره 3)
در روش اپن هارت این عمل به کمک سوخت تسریع می شود و در کوره های الکتریکی که با چدن سرد و آهن قراضه بارگیری می شود حرارت ناشی از ایجاد قوس الکتریکی بین الکترودها و آهن آلات درون کوره موجب ذوب و اکسید شدن ناخالصی های نامطلوب می شود.
روش پاتیل اکسیژن، فولادی مشابه کوره این هارت تولید می کند. ولی بسیاری ارزان تر می باشد. در عرض در روش اپن هارت امکان تولید فولادهای الیاژی (فرو وانادیم – فرو کرم) را فراهم می کند و در روش الکتریکی که گران ترین روش می باشد تولید فولادهای ویژه (ضد رنگ، ضد اسید و ضد حرارت) امکان پذیر می شود. یکی از روش های جدید تولید فولاد روش پاشیدن است که با تبدیل چدان مذاب به ذرات بسیار ریز به کمک فشار اکسیژن، فولاد تولید می شود. این عملیات در مخزن ویژه ای انجام می گیرد.
در ایران دو روش استاندارد برای تولید فولاد وجود دارد روش اکسیژن برای تولید مقادیر زیاد فولاد معمولی و روش کوره قوس الکتریکی برای تولید فولاد با کیفیت بالا و به خصوص فولادهای آلیاژی به کار می رود.
خواص فولاد
– وزن مخصوص فولاد 85/7 تن در متر مکعب است. مقاطع مختلف فولاد بر حسب متر مکعب است. ماقطع مختلف فولاد بر حسب متر و یا متر مربع دول بندی شده اند ودر محاسبات از این گونه جداول که سایر خصوصیات مکانیکی قطعه در آنها جای گرفته ، استفاده میشود.
– تاب کششی و یا مقاومت ارتجاعی فولادها متفاوت است. بر اساس نوع مصرف، فولادهای گوناگونی تهیه می شود که آنها را نام گذاری متفاوتی نیز کرده اند. اکنون ساخت فولادهای 33، 37، 45، 50، 52 برابر استاندارد آلمان در کارخانه های ذوب آهن متداول است. که به ترتیب مشخص کننده تاب کششی 330، 370، 450، 500 و520 نیوتن در هر میلیمتر مربع می باشد.
– تاب فشاری، برشی، خمشی ، ضربه ای، سختی و شکنندگی فولادها بر حسب آلیاژ آنها متغیر است.
– ضریب انبساط فولاد با ازدیاد حرارت از صفر تا 100 درجه سانتی گراد برابر 2 درصد محاسبه می شود.
– تاثیر رطوبت و نمک ها بر فولاد بسیار زیاد است و به سرعت اکسیده می شود یا می پوسد. برای مقابله با این مساله از آلیاژهای کرم، نیکل، وانادیوم و مولیب دنوم استفاده می شود. می توان سطح ان را قطع اندودد (حلبی) یا آن را روی اندود نمود (آهن سفید) یا به وسیله رنگ و سرنج آن را در برابر رطوبت حفظ کرد.
– شکل پذیری فولاد باعث می شود که برای مصارف گوناگون بتوان از آن مقاطع متنوعی پدید آورد. از جمله مقاطع فولادی می توان انواع زیر را نام برد:
ورق- تسمه- آرماتور (با مقطع دایره ساده، دایره آجدار، نیم دایره، مربع و شش گوش) مقطع یا پروفیل معمولی- نبشی- سپری – ناودانی – زد، کلاهی -ریلی – لوله و همین طور مقاطع مختلف برای چهارچوب درو پنجره فولادی.
– قابلیت اتصال: با استفاده از اتصال تر یا خشک می توان قطعات مختلف آهنی را به یکدیگر متصل نمود. و قطعه یا قطعات یکپارچه ای فولاد توضیحات بیشتری ارائه شده است.
تاثیر ناخالصی در کیفیت فولاد
– کربن بیش از حد، فولاد را ترد می کند و بر سختی ان می افزاید. کمبود آن باعث افزایش خاصیت چکش خواری فولاد می شود. کربن عامل پایین آمدن درجه ذوب فولاد است.
– منگنز و سیلسیوم، تاب کششی و سختی فولاد را افزایش می دهند و مانع از چکش خواری و شکل پذیری ان می شوند.
– فسفر، فولاد را ترد و شکننده می کند.
– گوگرد، عامل پایین آمدن تاب ضربه ای در فولاد است و همین طور باعث می شود که فواد مذاب به حالت خمیری و سفت باشد.
– کرُم، تاب کششی فولاد را افزایش می دهد و مانع از زنگ زدن آن می شود. فولاد ضدزنگ قریب به 12% کرم همراه دارد و برای این منظور می توان از آلیاژ نیکل و مولیب دنوم نیز استفاده کرد.
– مس، آلیاژ فولاد و مس زنگ نمی زند و دیر می پوسد.
عملیات گرمایی بر روی فولاد
ویژگی مکانیکی فولاد را می توان با عملیات مختلف گرمایی که شامل گرمایش تا یک مای ویژه و سپس سرد کردن تحت شرایط مشخص و کنترل شده می باشند، تغییر داد.
– سخت کردن: فولادی که به سرعت سرد شده (آبدیده) و دردمایی بالا در آب یا عرض فرو برده شده، حالت بلوری خود را در دمای بالای حفظ می کند و سخت می گردد ولی شکننده است. این اثر درت فولادهای پرکربن بیشتر مشخص است که در این حالت برای کارهای مهندسی مناسب نیستند.
– نرم کردن و بی بلور کردن: در این دو روند عبارتند از: نرم کردن فولاد سخت، با شکل دادن دوباره بلورها که تنش هایداخلی ماده را آزاد می کند و ساختار دانه ای یکنواخت تری ایجاد می کند. باری نرم کردن، فولاد گرم می شود و در دمایی بالاتر از 700 درجه سانتی گراد قرار داده می شود و آنگاه به آرامی با سرعتی کنترل شده در یک کوره یا ظرف خنک کننده سرد می شود و این کار نرم ترین فولاد را برای هر ترکیبی به مله می دهد. در بلورگیری ، فولاد تا دمایی مشابه با نرم کردن برای مدتی کوتاه تر گرم می شود و انگاه کمی سریع تر در هوا سرد می شود؛ این عمل باعث می شود تا عملیات بعدی نظیر ماشین کاری را بتوان بر فولاد سرد راحت تر انجام داد.
– ملایم کردن: در این روند فولاد را تا دمای 600-400 درجه سانتی گراد گرم می کنند و آنگاه در هوا سرد می کنند. دراین عمل سختی مواد کم می شود چون کمی از بلورها تغییر می کنند. مقدار این اثر بستگی مستقیم با دمای نهایی دارد. هر چه دما بالاتر رود انعطاف پذیری بیشتر و مقاومت کششی کم می شود.
– کربوریزه کردن: می توان بدنه قطعات را سخت کرد، به این صورت که در لایه سطحی آنها درصد بیشتری کربن "تزریق" کرد بدون اینکه درصد کربن لایه های دیگر تغییر کنند، به این ترتیب سطحی سخت خواهمی داتش که شکنده نخواهد بود و در برابر ضربه مقاومت خواهد کرد. معمولا این روند شامل گرم کردن قطعه در داخل زغال سنگ یا یک ماده کربنی دیگر در دمای حدود 900 درجه سانتی گردا به مدت چند ساعت می باشد. آنگاه ب رروی قطعات عملیات گرمایی دیگری انجام می گیرد تا سختی سطح کاملا تنظیم شود.
تولید قطعات فلزی
– ریخته گری: اجزای فلزی ممکن است به وسیله ریختن فولاد و یا آهن مذاب در قالب مخصوص که به ریخته گری موسو است تولید گردند. این روش برای اجسام جسیم که ممکن است گاهی تا ده ها تن وزن داشته باشند نیز به کار می رود. قطع به دست آمده پس از ریخته گری ماشین کاری و باری مر مورد نظر آماده می شود.
– نورد: یک روش ارزان و فراگیر برای تولید قطعات فلزی است . نورد قطعات از شکل دادن به شمس فلزی که از میان غلتک های دوّار به صورت مرحله ای عبور می کند تشکیل می شود. قطعه اولیه به مرور از لحاظ شکل مقطع به قطعه نهایی نزدیک تر می وشد و در نهایت به شکل حاصل از غلتک های نهایی در می آید. این روش ممکن است به ورت نورد سرد یا گرم انجام پذیرد.
روش نورد سرد برای فلزات با درجه خمیری بالا مانند قلع و سرب و یا ورق های فولادی با مقطع نازک (به علت آنکه به سرعت حرارت خود را از دست می دهند) به کار می رود.
بخش اعظم از فرآورده های فولادی عموما به روش نورد گرم ک در ان حرارت قطعه بین 900 تا 1250 درجه سانتی گراد است تولید می شوند. شکل گیری شمش فولادی با عبور از تعداد زیادی از غلتک ها انجام می شود که قدم به قدم قطعه را به شکل نهایی نزدیک تر می کنند.
بیشتر قطعات فولادی ساختمان شامل تیرها، ریل ها، ورق ها، میلگردها و حتی لوله ها به این روش تولید می شوند.
– چکش کاری، روشی است که در ان قطعه فلزی به کمک ضربات مستمر چکش یا پرس به شکل مورد نظر نزدیک می شوند. برای اسختن پرچ و گل میخ از روش چکش کرای استفاده می شود.
درعمل اکثر قطعات فولادی مورد مصرف در ساختمان به کمک نورد، چکش کاری ، پرس کردن و کوبیدن شکل می گیرند.
– کشیدن: به کمک عمل کشش بر روی یک قطعه فلزی سوراخ دار (شابلون) که قطعه فلزی اولیه از داخل آن عبور می کند که به نحوی که شمش به شکل الگوی مورد نظر در آید صورت می پذیرد. این روش معمولا به صورت سیرد صورت می گیرد و قطعه به دست آمده، کاملا مشابه قالب مورد نظر است.
قطعات با داره نارک و میله های چهراگوش، شش ضلغی که قطر مقطعی بیش از 10 میلیمتر ندارند به روش کشیدن ساخته می شوند.
– شکل دهی سرد، شامل شکل دهی ورق ها به کمک ماشین شکل دهی می باشد. شکل دادن ورق فولادی به این روش با راحتی و به اشکال مورد نیاز صورت می پذیرد و بسیار ارزان تر از روش نورد گرم می پذیرد و بسیار ارزان تر از روش نورد گرم خواهد بود. زیرا ضخامت آنها کمتر از 2 میلیمتر می باشد. برای ساخت پروفیل های در و پنجره از این روش استفاده می شود.
– لوله سازی، برش کاری ، تراش کاری از دیگر روش های ساخت قطعات فولادی می باشند.
فولادهای سازه ای:
میزان کربن فولادهای سازه ای چوش پذیر در حدود (25/0 تا 16/0 درصد) است. فولاد سازه ای معمولا بلورگیری شده است. میزان قابل توجه ازدیاد طولی که موجب می گردد تا مقاطع ضخیم تر آهسته تر از مقاطع نازک سرد شوند موجب افزایش تفاوت های مشخص در ویژگی های فیزیکی می شود. به طوری که مقاومت ویژه یک مقطع 90 میلیمتر می تواند از یک مقطع 16 میلیمتر حدود 10 درصد کمتر باشد.
فلزات غیرآهنی
بهای اولیه فلزات غیرآهنی معمولا بسیار بیشتر از فلزات آنی می باشد. ولی این تفاوت اغلب به علت مزیت های بی شمار آنها از نظر اغلب به علت مزیت های بی شمار آنها از نظر کارایی و مقاومت در برابر پوسیدگی قابل چشم پوشی است. در جدول های شماره 2 و 3 بعضی از مهم ترین خصوصیات فلزات آهنی و غیرآهنی با چند مصالح غیرفلزی مقایسه شده است. فلزات رایج در کارهای ساختمانی و آلیاژهای آنها نیز نمایش داده شده است.
آلومینیوم
زمانی که مجسمه اروس در سال 1893 م. در لندن نصب شد آلومینیوم فلز گرانبهایی بود. این فلز از خاک رس بوکسیت به کمک الکترولیز به دست می آید و 17000 کیلو وات ساعت برق برای تولید یک تن آلومینیوم نیاز است.
آلومینیوم یا به صورت کاملا خالص است و یا شامل 99 درصد یا بیشتر آلومینیوم و بقیه آلیاژ آن به حساب می آیند که هر کدام دارای خصوصیات ویژه ای هستند.
وزن مخصوص آن پایین و در حدود 2700 کیلوگرم در متر مکعب است. این وزن تقریا برابر وزن مخصوص گرانیت و ثلث وزن مخصوص فولاد است.از نظر هدایت الکتریسیته این فلز بعد از مس قرار دارد ، و در حدود 60% آن است. دیرزمانی است که از این فلز به عوان هادی برق استاده شده است. به کارگیری ان در ساختمان پس از توسعه تولید آلومینیوم عملی شد.
ضریب انبساط آن در طول، در حدود 2 برابر فولاد است.
در شرایط عادی یک لایه نازک ولی متراکم اکسید شکل می گیرد. در شرایط مرطوب چنانچه سطح فلز تمیز نگاه داشته نشود ممکن است موجب زبری آن بشود. محصول خوردگی در مصالح اطراف ایجاد لک نمی کند و برای گیاهان و جانواران مسموم نیست. آلومینیوم ممکن است ب راثر خوردگی الکتریکی در محیط مرطوب پوسیده شود. لذا از تماس آن با مس، آلیاژهای مسی مانند برنج و با درصد کمتری فولاد سبک برهنه باید دوری شود. تماس با روی و در شرایط غیردریایی با سرب و فولاد زنگ نزن بی خطر است.
نمک های فلزی مانند آنهایی که توسط آبی که از لوله مسی عبور می کند تولید می شود و یا آبی که از روی سقف مسی عبور می کند نباید با سطوح آلومینیومی تماس پیدا کند.
اسید ها مانند انواعی که برای تمیز کردن سطوح ساختمانی تولدی می شوند و همچنین آنهایی که مانع از رشد گیاهان در سقف می شوند آلومینیوم را مورد هجوم قرار می دهند.
مواد قلیایی آزاد مانند آنهایی که در سیمان پرتلیند مرطوب وجود دارند به آلومینیوم حمله می کند. خصوصا سطوح آلومینیوم آنودایز باید از پاشیده شدن ملات حفظ گردد.
لوله آلومینیومی برای ساختن شبکه مداربسته جریان آب قابل استفاده است ولی به منظور انتقال آب و همچنین برای فاضلاب به علت حمله اسیدها، سفید کننده ها و سودا توصیه نمی شود.
آلومینیوم خالص
شکل دهی سرد به آلومینیوم باعث افزایش مقاومت و کاسته شدن از چکش خواری آن می شود. این فلز به کمک گرم کردن سخت تر نمی شود و در صورت حرارت دهی ضعیف تر می شود.
در شرایط عادی آلومینیوم خالص در برابر پوسیدگی ماقومت تر از آلیاژهای آن است.
آلومینیوم خالص کمتر برای ریخته گری استفاده می شود. به علت خاصیت چکش خواری بسیار زیاد این فلز به صورت ورق جهت آب بندی و کارهایی که بتوان با دست به آن شکل داد مورد مصرف قرار می گیرد. از محصولات آلومینیومی برای کارهای غیرسازه ای و غیربار بر مانند پوشش اتصالات استفاده می شود.
ورقه های نازکی که کمتر از 15% میلیمتر ضخامت دارند به عنوان عایق حرارتی (که به شدت منعکس کننده است و حداقل انتقال را دارد) در کنار تخته های عایق به کار می رود. در این الت ورقه آلومینیوم) به عنوان عایق رطوبت نیز کاربرد دارد.
آلیاژهای آلومینیوم
برای استفاده در ساختمان، بیشتر آلیاژها معمولا دارای منگنز، منیزیم و سیلیس به همراه مواد افزودنی دیگر به کار می روند که موجب افزایش مقاومت آلومینیوم خالص خواهند شد. ماقومت با عملیات شکل دهی سرد نیز افزایش می یابد. به این ترتیب آلیاژ آلومینیوم برای ورق های موجدار پوشش بام مقاطع در و پنجره و بعضی مقاطع سازه ای مرکب استفاده می شوند.
آلیاژها موجب کاسته شدن ویژگی های الکتریکی حرارتی می شوند و لی کماکان این دسته از خواص آلیاژهای آلومینیوم نسبت به سایر فلزات ساختمانی بیشتر می باشند.
بعضی از آلیاژها به خصوص انهایی که دارای مس هستند، مقاومت شیمیایی کمتری نسبت به آلومینیوم خالص دارند، ولی در محیط متعارف این پوسیدگی چندان موجب کاهش مقاومت آن نمی شود.
اتصالات
قطعات آلومینیومی به کمک پیچ و مهره، پرچ ، هاویه کاری ، جوش کاری و یا به کمک چسب به یکدیگر متصل می شوند. پیچ و مهره و پرچ که به صورت سرد قطعات آلومینیومی را به یکدیگر متصل می کنند از بقیه انواع اتصالات مطمئن تر می باشند. برای هاویه کاری نیاز به گداز آور می باشد که خود موجب خوردیگ خواهد شد بنابراین باید به سرعت تمیز شود. فلز مناسب برای هاویه کاری باید به ترتیبی انتخاب شود که هاویه کاری باید به ترتیبی انتخاب شود که ماع از پوسیدگی دو فلزی بین فلز ذوب شده و آلومینیوم گردد.
اکثر الیاژهای آلومینیوم قابل جوشکاری می باشند ولی عملیات جوش کاری به علت پیچیدگی در داخل کارگاه ساختمانی بسیار مشکل است. امروزه با پیشرفت صنعت چسب که به صورت فزاینده ای قابل اطمینان می باشند می توان قطعات آلومینیومی مانند مقاطع پنجره را به کمک روش چشباندن یکدیگر متصل نمود.
پوشش آلومینیوم
پوشش آنودایز یک روند الکتروشیمیایی می باشد که تنها در الومینیوم کاربرد دارد. این پوشش سخت تر از فلز اصلی می باشد. روکش آنودایز، نمای آلومینیوم را جالب تر می نماید و مادامی که سطح تمیز نگاهداری شود در برابر خوردگی مقاوم است. به ویژه درمحیط مرطوب باید از تجمع آلودگی ها جلوگیری به عمل آید.
بعضی از رنگ ها بسیار قوی هستند. چند رنگ برای استفاده در فضای باز از نظر مقاومت در براب رپریدگی رنگ مناسب تر هستند که طلایی، سیاه، قهوه ای، آبی تیره و سبز از آن جمله می باشند.
پرداخت نهایی فلزات غیرآهنی
فلزات غیرآهنی معمولا به علت عدم نیاز به هیچگونه محافظتی در برابر عوامل پوسیدگی و به علت اینکه معمولا ظاهر آنها بدون هیچ ترمیم خاصی قابل قبول است انتخاب و مورد استفاده قرار می گیرند. پرداخت های نهایی که موجب حفظ یا بهبود کیفیت ظاهری فلزات غیرآهنی هستند به شرح زیر می باشند.
پرداخت نهایی فلزات غیرآهنی
فلزات غیرآهنی معمولا به علت عدم نیاز به هیچگونه محافظتی در برابر عامل پوسیدگی و به علت اینکه معمولا ظاهر انها بدون هیچ ترمیم خاصی قابل قبول است انتخاب و مورد استفاده قرار می گیرند. پرداخت های نهایی که موجب حفظ یا بهبود کیفیت ظاهری فلزات غیراهنی هستند به شرح زیر می باشند.
روش های مکانیکی
ناهمواری قطعت تولیدی در عملیات ریخته گری، چکش کاری جوش کاری شده نیازمند به تراش کاری و یا در بعضی مواد پر کردن می باشد.
– ماسه پاشی سطح زبری را ایجاد می کند که بافت ان بستیگب ه نوع ماسه، فشار باد و ف اصله دهانه ماسه پاش تا قطعه دارد.
– برس کاری معمولا با برس های فولاد ضدزنگ دوار انجام می شود. زبری، ابعاد و سرعت چرخش نتیجه کار را تعیین م یکند. بافت نرم موجب به جای ماندن اثر انگشت بر روی جسم می شود. در این حالت بهتر است از ورکش لاک الکل استفاده شود و در مورد آلومینیوم بهتر است از پرداخت آنودایز استفاده شود.
– جلا دادن یا پولیش کردن به عنوان پرداخت مکمل و یا به عنوان زمینه ای برای شایر روش های پرداخ به کمک پولیش هایی که زبری سطح نهایی را در هر مرحله ای برطرف می کند، انجام می شود.
آب کاری
این روش از طرف استفاده کنندگان از محصولات آهنی مورد توجه قرار گرفته است. انواع زیادی از فلزات می توانند در این روش مورد استفاده قرار گیرد، مانند طلا، نقره، قلع و مس و روی و آب کاری نیکل- کرم که روکش نهایی بسیار سختی را ایجاد می کنند و معمولا بر سط فولاد و برنج و آلیاژهای نقره فام مس- قلع، مقاومت خمبی در برابر خوردگی و فرسایش دارد.
آنودایز کردن
این روش الکتروشیمیایی روکش سطحی فقط در مورد آلومینیوم مودر مصرف دارد که در بخش مربوطه توضیح داده شد.
روکش پرداختی
پوشش الک الکل و مانند آن بر روی سطح پرداخت شده فلزات غیرآهنی به صورت نقاشی به منظور حفظ یا زیبایی قطعه انجام می شود.
لعاب شفاف یا میناکاری
این لعاب اصلاً شیشه است و برای پوشش بر روی مس و آلومینیوم و طلا و نقره استفاده می شود.
نگاهداری از پرداخت ها
تمیزکاری مستمر برای حفظ و نگهداری ظاهر روشن بسیار مهم است. سطوح پرداخت شده به کمک لاک الکل و یا آنودایز پرداخت شده به کمک لاک الکل و یا آنودایز تباید توسط آب و صابون تمیز شوند. پس از خشک شدن آنها را به وسیله خمیر های مخصوص، برق می اندازند. پولیش های فلزی و قوی که مانع از تشکیل شدن زنگار طبیعی بر روی فلزات می شوند نباید بر روی سطح نقاشی شده به کاربرده شوند.
خوردگی در فلزات
فلزات میل بازگشت به ترکیبات ثابت را دارند، طبیعت و میزان این فرایند به ویژگی های آن فلز، محیط و حرارت وابسته است خوردگی در حرارت های بالاتر سریع تر می باشد.
به طور کلی ، درهوای پاک خوردگی به سرعت صورت می گیرد. درمورد فلزات غیرآهنی و بعضی از فلزات آهنی این پوشش چسبنده است و مانع خوردگی بیتر می شود.
خوردگی تخریب کننده اغلب در شرایط مرطوب و در مکانی که فلزات مختلف با یکدیگر تماس الکتریکی دارند، و در زمانی که آلودگی جوی یا بخارات گازها وجود داشته باشند، پدید می آید.
واضح است که هر کجا ممکن باشد، سازه ها و اجزای فلزی باید به نحوی طراحی شوند که مانع از تعرق شوند و موجب خروج سریع آب گردند. در جایی که ج لوگیری از خوردگی غیرقابل اجتناب است فلزات غیرهمگون باید کاملا مجزا شوند و در این حالت فلزات مقاومت تر دربرابر خوردگی، در صورت امکان مصالح غیرفلزی مناسب تر و کاراتر به نظر ی رسند. بحث د رمورد شرایط محیطی و ساز و کار خوردگی ذیلا تشریح می گردد.
محیط
آب های طبیعی حاوی ناخالصی های نمکی، اکسیژن و همچنین دی اکسید کربن محلول در آب باران هستن. آب حاوی پنجاه در میلیون کربنات کلسیم، با منشا سنگ های آهکی به عنوان اب سبک و بالای 350 واحد به عنوان آب سنگین شناخته می شوند. خوشبختانه رسوبات کربنات کلسیم با خوشبختانه رسوبات کربنات کلسیم با محصولات ناشی ازخوردگی ترکیب می شود و یک لایه محافظ ایجاد می نماید. البته یک لایه نازک پوست تخم مرغی به مراتب حفاظت بهتری نسبت به لخته های کلفت رسوبی انجام می دهد.
مقادیر زیاد پاک کننده ها و سفید کننده ها موجب پوسیدگی در لوله های فاضلاب مسی و سربی و تر های فاضلابی با آلیاژ روی می شوند.
اسیدی که توسط آب باران، بعضی خاک ها، گچ، چوب، خزه و جلبک تولید می شود، موجب آسیب ساندن به فلزاتی چون سرب و مس که جزو فلزات مقاوم هستند می شوند.
در مورد نمک ها، خوشبختانه اکثر آب های آشامیدنی موجب ایجاد لایه محافظتی می شوند که مانع خوردگی می گردد، گرچه موارد استثنایی نیز وجود دارد. سولفات های موجود در خاک ها و محصولات رسی، و کلرورکلسیم موجب تشدید خوردگی می شوند. چنانچه بخواهیم از خورگی فوالد در بتن های مسلح جلوگیری کنیم، کلروکلسیم اضافه شده به سیمان پرتلند نباید از 2% وزنی به صورت محلول افزایش یابد.
درمورد مواد قلیایی، هیدروکسیدهای سدیم و پتاسیم آزاد شده توسط سیمان پرتلند برای روی و آلومینیوم بسیار مضر می باشند. مس تاثیر پذیر نمی باشند و در مخلوطهای بتن مسلح پر سیمان روکش های محافظ برای فلزات آهنی دورن آن توصیه می شوند. آهک پرمایه موجب خوردگی آلومینیوم می شود و بر روی سرب و روی اثر تخریبی کندی دارد.
سازوکار خوردگی
فعل و انفعال بین فلز ای واسطه های محیطی موجب تجزیه و یا پویسدگی آن می شود. تفاوتی بین پویسدگی آن می شود. تفاوتی بین پوسیدگی شیمیایی با الکترو شیمیایی وجود دارد .
– پوسیدگی شیمیایی: زمانی که فلز توسط گازهای خشک و محلول روغنی، گازوئیل و نفت و مانند اینها مورد تهاجم قرار می گیرد بروز می نماید. یک مثال برای پوسیدگی شیمیایی فلز، اکسیداسیون ان در حرارت های بالا می باشد. که نتیجتاً رویه آن تغییر رنگ می دهد.
– پوسیدگی الکتروشیمیایی: زمانی که فلز توسط اسیدها و بازها مورد تهاجم قرار می گیرد بروز می نماید. فلز یون های خود را به الکترولیت بخشیده و به مرور زمان تحلیل می رود.
درجه این پویسدگی بستگی به حرارت محیط و نوع تمرکز الکترولیت دارد. اسیدها و بازها به علت آنکه قادر به حل کردن ترکیب حاصل هستند به فلزات حمله می کنند.
اکسیدکربن یا گازهای گوگردی موجود در هوا در شرایط مرطوب به اسید مبدل می گردند که موجب پوسیدگی بیشتری می شوند. پوسیدگی ممکن است محلی و یا سرتاسری باشد و یا فقط درانتهای قطعه بروز کند.
وقتی فلزات غیرمشابه که به صورت الکتریکی متصل می باشند و در محیط یک محلول هادی(الکترولیت) قرار دارند، یک پیل مدارکوتاه شکل می گیرد. به این ترتیب فلزی که به صورت مثبت یون ها را شارژ می کند و جریان به آند می فرستند، سالم می ماند و آند خورده می شود.
مثلا وقتی فولاد د رمجاورت روی و کرم قرار می گیرند تا شروع به تجزیه شدن می کنند، در حالی که اگر فولاد در مجاورت نقره و مس قرار گیرد این فولاد در مجاورت نقره و مس قرار می گیرد این فولاد است که می پوسد.
به ویژه، در شرایط مرطوب:
نبایستی مس و آلیاژهای آن در کنارچدن، فولاد نرم، فولاد گالوانیزه، روی یا آلومینیوم قرار گیرد.
نبایستی برنز در کنار برنج با مقاومت کششی بالا قرار گیرد.
نبایستی نیکل و فولاد نرم در کنار فولاد نرم، فولاد گالوانیزه، روی یا آلومینیوم قرار گیرد.
چنانچه سطح آند کمتر از کاتد باشد و یا محیط الکترولیت اسیدی و یا حاوی نمک هیا کلرور و سولفور باشد و یا حرارت افزایش یابد عمل خوردگی تسریع می شود.
پیش بینی عملی برای مقابله با خوردگی
با توجه به مطالبی که باین شد چند راه حل عملی برای جلوگیری از خوردگی پیشنهاد می شود. گر چه بیشتر راه حل ها در هنگام طراحی باید مدنظر باشند.
– انتخاب فلزات متناسب با محیط
– احتراز از شرایط رطوبتی، احتراز از درز و شکافی کهموجب نگهداری آب و رطوبت و گل می شود به وسیله پرکردن آنها با جوش یاماستیک و ای پیش بینی سوراخ زهکشی.
– جلوگیری از تماس فلزات غیرهمگون به وسیله قراردادن یک قطعه عایق . باری مثال رنگ های قیری، لاستیک های مصنوعی.
– جلوگیری از تغییر در هوای محیط اطراف و مجاور فلز
– در آب:
(الف) از حرارت و جریان شدید، وشرایط سکون جلوگیری کنید.
(ب) از قطع شدید و یا تغییر ناگهانی حرکت آب در لوله ها جلوگیری کنید.
(ج) اجازه ندهید که آب از روی فلزاتی که خوردگی در آنها صورت نمی گیرد به فلزات زیری جریان پیدا کند. چنانچه فلزات مختلفی قرار است در سیستم آبی یکسان به کار روند فلز کاتد باید در پایین دست جریان آب قرار گیرد.
آلیاژ و یا دخالت دادن عضو دیگری که دارای خاصیت ضدپوسیدگی بیشتری باشد.
کدر کردن یا ایجاد لایه ای محافظ از اکسید همان فلز در سطح آن.
* روکش برای فلزات آهنی
روکش ممکن است تنها برای ظاهر مورد نیاز باشد، ولی اغلب برای محافظت دربرابر خوردگی انجام شود. معمول ترین روش های روکش فلزات آهنی عبارتند از:"
– نقاشی: باید در نظر داشت که قبل از نقاشی سطوح فلزی کاملا عاری از زنگ زدگی باشند و به کمک برس و سندبلاست سطح فلز را پاک نمود.
– لعاب کاری: این روکش سخت، مقاوم و به راحتی قابل دسترس است.
– روکش پلاستیک: به وسیله پی وی سی، اپوکسی، روکش فنولیک و اکریلیک سطح فلز در برابر خوردگی محافظت می شود.
– روکش های فلزی: که به چهاردسته زیر تقسیم می شوند.
– گالوانیزه کردن به ورش فروبردن در فلز مذاب
– آب کاری الکتریکی
– گالوانیزه کردن از طریق پاشیدن
– پوشاندن با فلزات مقاوم در حالت داغ که موجب ایجاد یک لایه آلیاژی در فصل مشترک فلز اصل و پوشش می شود.
– حفاظت کاتدیک: گاهی اوقات جریان پوسیدگی را به نحوی منحرف می کنیم و باعث می شویم که قطعه فلزی ما در مقابل پوسیدگی که داخل آب هتسند یا لوله های زیرزمین، فلزاتی نظیر روی و کرم متصل می کنیم. این فلزات برای پوسیدگی مستعدتر از فولاد هستند و به این ترتیب فولاد در برابر پوسیدگی محافظت می شود.
مس (Cu)
سه نوع مسی که معمولا در ساختمان به کار می روند عبارند از:
– مس اکسید شده: این نوع مس برای لوله کشی ها و برای کارهای عمومی به مصرف می رسد.
– مس سخت شده: این مس دارای استحکام بیشتری از مس معمولی است و دارای ضریب انتقال حرارت و الکتریسیته بالاتری می باشد و نسبت به مس اکسید شده مقاومت بیشتری در نسبت به مس اکسید شده مقاومت بیشری در برابر هوازدگی دارد. از این نوع مس به صورت ورق برای پوشش بام استفاده تمی شود.
– مس با ضریب هدایت بالا: این نوع مس نی زمانند مس سخت شده است ولی دارای ناخالصی کمتری می باشد به عنوان هادی برق از آن بهره می برند.
* مشخصات عمومی :
– مس قرمز رنگ برای همگان شناخته شده است. آلیاژهای آن موجب تغییر رنگ از قرمز به طلایی، زرد کمرنگ و نقره ای می گردند. در شرایط آب و هوایی متعارف ، مس یک رویه مقاوم ایجاد می نماید. در محیط مناسب زنگار سبز رنگی رفته رفته روی سطح مس تشکیل می شود. این پدیده با روش های شیمیای یمصنوعی بسیار سریع تر رخ می دهد. هر چند در مور پوشش بام به کمک ورق های هر چند در مورد پوشش بام به کمک ورق های مسی ، بروز این چهر بستگی تام به شرایط حاکم جوی در زمان تشکیل این زنگار دارد.
آب حاوی املاح مسی ممکن است مصالح اطراف را لک دار نماید و یا موجب افزایش خوردگی سایر مصالح بشوند.
مس به طور عام در برابر عوامل خورنده به ویژه آب دریا مقاوم است. ولی اسیدهای معدنی و بازها به مس حمله ور می شوند. آب حاوی مقادیر زیادی دی اکسید کربن حلال مس می باشد. آب های مس دار موجب تسریع در زنگ زدگی ورق های فولاد گالوانیزه می شوند.
مس سخت شده مقاوم و چکش خوار است. مقاومت مس توسط نورد و چکش کاری در حالت سرد افزایش می یابد.
مس پس اط تهیه بر حسب شرایط بازپخت کامل به صورت نرم، نیمه سخت و سخت تهیه می شود.
* شکل پذیری مس
مس فلزی است که به خوبی کشل مورد دلخواه را به خود می گیرد از جمله آنها می توان از رشته های به قطر 025/0 میلیمتر، مفتول که به صورت نورد گرم و سپس کشیدن در حالت سرد کشل می گیرد، لوله به قطر حدود 5/1 میلیمتر نام برد.
تسمه و ورق درابعاد مختلف تولید می شوند ورق از ضخامت 18/0 میلیمتر و ورقه و نوار از ضخامت 025/0 میلیمتر تولید می شود. تسمه، ورق و نوار به صورت نورد گرم تولید می شوند.
* کارایی مس
مس خالص را می توان به صورت نورد گرم، چکش کاری و خروج از قالب شکل داد. به کمک بازپخت، مس به دست آمده به طور وسیعی قابلیت استفاده در محوطه سازی و کارهای فضای باز پیدا می کند. همچنین برای سختی بیشتری در حرارت بیشتری تا حد سرخی آن را نگه داشته و سپس داخل آب می کنند.
* مصارف مس در ساختمان:
مس برای لوله کشی آب سردو گرم، مخازن اب گرم، وشش بام، اب بندی و همچنین به عنوان هادی الکتریسیته کاربرد دارد. مس جزء اصلی در ساخت "برنج، برنز و مفرغ" است. مقدار اندکی از مس به فلزات دیگر برای اهداف مختلف مثل افزایش مقاومت در آلومینیوم، اضافه می شود.
ورقه نازکی از مس یا آلیاژهای آن به صورت آب کاری روی فلزات مختلف و یا پلاستیک کشیده می شود و سطوح انها را هادی می نماید که در صنعت کاربرد زیادی دارد.از مس برای تهیه رنگ های شیشیه و سرامیک نیز استفاده می شود. همچنین از نمک های مس برای محافظت چوب ها بهره می برند.
* آلیاژهای مسی
این آلیاژها مقاومت بسیار زیادی در برابر خوردگی دارند و هادی جریان الکتریسیته و حرارت هستند. آنها دارای خصوصیات مکانیکی خوبی هستند و می توان آنها را با چکش کاری، پرس و ماشین کاری به خوبی و راحتی شکل داد. برای شکل دادن به این آلیاژها ریخته گری در ماسیه یا ریخته گری ممتد که چگالی بیشتر و مقاومت بالاتری را حاصل می نمایند،مناسب می باشند. آنها به کمک جوش کاری، لحیم کاری و هاویه به یکدیگر متصل می شوند.
آلیاژهای مسی در محیط آزاد تیره رنگ می شوند که می توان آنها را به کمک شستشو و روکش واکس مخصوص محافظت نمود. بر حسب میازن مس و سایر فلزات آلیاژهای مختلف با کاربردهای گوناگون تهیه می گردد. آلیاژ مس و روی، برنج است که بر حسب میزان مس خاصیت خهای متغیری را داراست. آلیاژ مس و قلع، برنز است که خود با فلزاتی مثل روی تبدیل به مفرغ و با فسفر تبدیل به برنز فسفری می شود. آلیاژهای دیگر مس شامل آلیاژهای مس- نیکل، مس- سیلیس و مس – آلومینیوم می باشند.
روی
روی به کمک روش الکترولیت و یا از ذوب سنگ های دارای سولفید روی به دست می آید.
* مشخصات
خصوصیات مکانیکی روی بستیگ به نحوه قرارگیری ذرات آن دراد. این فلز دارای خاصیت تاشوندگی مناسبی است، شکل پذیر و چکش خوار است و در دمای پایین شکننده می شود.
آلیاژ روی – مس و تیتانیوم از نظر ویژگی های کاربردی و مکانیکی به مراتب بهتر از روی خالص می باشد.
در صورت قرارگیری در فضای باز برای مدت سه تا شش ماه سطح براق فلز به خاکستری کدر متمایل می شود. این لایه که در حقیقت از هوازدگی فلز جلوگیری می کند کربنات روی است. این فلز د محیط خشکی و دریا مقاوم است ولی در شرایط فضای صنعتی که آلوده به اسیدهای گوگردی می شود به مرور مورد تهاجم قرار می گیرد در شرایط عادی روکش های بام که به وسیله ورق های روی انجام شده است برای چهل سال بدون نیاز به نگهداری دوام خواهند داشت.
ملات های سیمان پرتلند یا آهک بر روی بی تاثیر هستند ولی در محیط های دارای نمک های محلول گوگردی و کلری پیش بینی روکش های مناسب (قیری) جهت محافظت این فلز ضروری است. همچنین روکش های گچی در محیط های مرطوب موجب پوسیدگی فلز خواهند شد. لذا در محل استفاده از روی باید کلیه پیش بینی های لازم در مورد همجواری با سایر مصالح را به عمل آورد. خصوصا در مورد فلز مس باید در نظر داشت که آب عبور کرده از لوله ای روی بام مسی نباید بر سطح روی اندود جاری شود، همچنین سیم های مسی در مجاورت روی باید کاملا عایق شوند. وی معمولا به صورت ورق و نوار موجود است ولی رشته، لوله و مفتول آن نیز تهیه می شود.
* مصارف روی
مصارف اصلی روی در ساختمان عبارتند از: روکش محافظتی بر روی فولاد (آهن گالوانیزه) به عنوان آلیاژی برای مس (برنج) و به صورت ورق به عنوان پوشش بام، آب رو، آب بند. از این فلز برای وسایل بهداشتی حمام و به عنوان عامل حفاظت کاتدی سازه های فولادی و بدنه کشتی و همچنین از ترکیبات آن برای تهیه رنگدانه ها استفاده می شود.
سرب
سرب که معمولا 9/99 درصد خلوص دارد سنگین تری، نرم ترین، و یکی از مقاوم ترین فلزاتی است که معمولا در ساختمان به کار می رود.
چکش خواری آن بسیار زیاد است به نحوی که سرب را می توان در حالت سرد به شکل نهایی درآورد بدون آنکه به حرارت دهی نهایی نیاز باشد. اتصال می تواند به وسیله هاویه کاری و یا ذوب کردن موضعی سرب صورت پذیرد. این فلز دارای بالاترین ضریب اتبساط در بین فلزات ساختمانی است و به همین علت در صورت استفاده در فضای آزاد احتمال بروز ترک بسیار قوی خواهد بود همچنین سرب پایین ترین درجه ذوب در بین فلزات ساختمانی را داراست.
فلز سرب به ورت محلول، سمی است. به همین دلیل استفاده را رنگ هایی که پایه سربی دراد به صورت پاشیدن (اسپری) و یا تراشیدن آن و همچنین استفاده از آنها در جاهایی که در دسترس کودکان و جاندار است، مجاز نمی باشد.
* مقاومت در برابر خوردگی
قطعه تازه برش خورده سرب، براق و دارای جلاست، ولی وقتی مدتی در محیط قرار گرفت یک لایه نازک محافظتی به رنگ خاکستری – آبی از کربنات سرب بر روی ان تشکیل می شود که محلول نیست و موجب خوردگی سایر فلزات نمی شود. سرب معمولا مورد حمله الکترولیتی سایر فلزات قرار نمی گیرد و در برابر اسیدهای آلی از جمله هجوم سخت اسیدهای آلی از جمله اسید استیک قرار می گیرد بعضی از آب ها که دارای اسیدهای آلی یا دی اکیسد کربن آزاد می باشند حلال سرب هستند.
سرب توسط اکثر خاک ها مورد هجوم قرار نمی گیرد، ولی خاک های کشاورزی دارای اسیدهای الی و زمین هایی که پوشیده ا زچوبی هستند که به طور کامل نسوخته، موجب خوردگی آن می شوند. ملات های اهکی بر سرب تاثیر چندانی ندارند ولی ملات های سیمانی و بتن در صورت وجود رطوبت در محیط به شدت موجب خوردگی سرب می شوند.
در صورت لزوم بایستی سرب را از سایر مصالح به کمک نمد یا مقوا و ای رنگ های قیری مجزا نمود و لوله های زیرزمین را به کمک قیرگونی محافظت کرد.
* موارد مصرف
سرب معمولا به صورت صفحه ، لوله یا پشم تولید می شود. این فلز همچنین در صنعت تولید رنگ مورد مصرف می باشد. سرب به عنوان ورقه اب بندی خصوصا در اشکال پیچیده مانند آب بندی قطعات سفالی بام به کار می رود. همچنین از سرب به عنوان عایق رطوبت در ورق های گونی که با سرب و قیر اشباع شده است استفاده می شود. ضمنا لوله های سرب با توجه به قابل انعطاف بودن دارای کاربری های خاصی می باشند. به علت ویژگی های فیزیکی این فلز از آن به عنوان عایق صورتی و جلوگیری از لرزش در ماشین ها استفاده می شود. از سرب برای جلوگیری از نفوذ تشعشع در وسایل مولداشعه ایکس، راکتورها و وسایل رادیواکتیو استفاده می شود. سرب به عنوان آب بندی در محل اتصال لوله های چدنی مورد مصرف قرار می گیرد.
نیکل
نیکل فلزی است سفید که در برابر بسیاری از اسیدها ماوم است. این فلز سخت است و بهخوبی براق می شود. از این فلز برای آب کرای روی ظروف غذا، وسایل صنایع شیمیایی و فولاد استفاده می شود.
از نیکل به عنوان آلیاژ در فولاد ضدزنگ و همچنین آلیاژ به دست آمده با مس، و مقدار اندکی آهن، منگنز و سیلیسیم به دلیل چکش خواری و سختی و مقاومت در برابر پوسیدگی و حرارت بسیار بالا اهمیت صنعتی به سزایی دارا می باشد.
قلع
قلع از فلزات گرانبها، نرم، ضعیف با درجه ذوب پایین (در حدند 232 سانتی گراد) می باشد. این فلز به شدت در برابر خوردگی مقاوم است و به عنوان روکش ورقه های فولاد (حلبی) به کار می رود. از این فلز برای تهیه برنز استفاده می شود و برای اتصال قطعات فلزی، هاوهی کاری به کمک مفتول قلع انجام می شود.
کرم
کرم از فلزات مقاوم در برابر پوسیدگی می باشد. از ان برای آب کاری قطعه های فلزی و تولید فولاد ضدزنگ و سایر آلیاژهای ضدپوسیدگی استفاده می شود. این فلز بسیار سخت و ضد خش می باشد.
تیتانیوم
تیتانیوم برای مصرف در ساختمان اهمیت زیادی دارد. این فلز با وزن متوسط، مقاومت مکانیکی خوبی دارد.از نظر مقومت در برابر خوردگی به صورت فوق العاده ای در برابر اکسید شدن و مواد خورنده مقاوم است. این فلز در برابر کلیه عوامل خورنده و فاسد کننده موجود در آب دریا مقاوم است. در برابر اسید نیتریک با هر غلظتی مقاوم است و در برابر نمک های خورنده با یون کلر به خوبی مقاومت می کند. با این حال چند نقطه ضعف وجود دارد که مصرف آن را محدود می نماید. تیتانیوم به راحتی شکل پذیر نیست. ورق تیتانیوم میل به لوله شدن به حکالت فنری دارد و جوش کاری قطعات آن باید در محیط بدون فشار انجام پذیرد. از این فلز به عنوان پوشش نمای ساختمان استفاده شود.
جدول شماره 2- خصوصیات فلزات (مواد تقریبی) به ترتیب کاهش چگالی
مواد
وزن مخصوص
1/0 درصد
Kg/m3
مقاومت فشاری
مقاومت کششی
در 50mm
N/mm2
افزایش طول
الاستیسیته E درصد
ضریب عدد برنیل
N/mm2
سختی گرمایی
رسانایی طولmm
W/mC
ضریب الکتریکی
(mm×-6/C)
رسانایی
20 درجه سانتیگراد
برحسب درصد مس یا رسانایی بالا
نقطه ذوب
درجه سانتی گراد
C
طلا (Am)
19300
–
–
–
–
–
–
–
67
1063
نقره (Ag)
10500
–
–
–
–
–
–
–
105
960
سرب (pb)
11340
(15 نورد شده)
18 اکشترود شده
50
در mm 153
13800
4
35
2905
8
327
مس (Cu)
با خلوص 99/99 درصد 2/99
8940
371-46
355-216
65-8
96600- 132000
96-42
400
17
101052
1023
954- 54
454
1083
کاپرونیکلها
Cu-Ni 93-70 درصد
8900
525-114
9-5-386
46-7
119000
152000
162-69
69-21
16
5-4
1240- 1120
نیکل (Ni(
با خفوص 99/99 درصد
8880
316
28
200000
85
62
13
16
1453
برنزهای فسفردار
Cu:Sn:P
8887-8929
679-108
739-323
70-6
100000
234-69
120-47
19-18
27-10
1065-1032
مُنل ها
Cu:Ni:Fe:Mn
8830
752-535
40-5
172000
221000
240-125
27
14
4
1350
نقره های نیکلی
Ni:Zn(30-10 درصد):Cu
– 8750
618-100
695-336
75-4
12000
166-66
27-20
17-16
17-5
1100
برنج
Zn40 درصد:Cu60
8380
3867 1086
5417 3716
3868
57 406
458
103000
1507 756
758
129
21
29
904
برنج با مقاومت بالا
(منگنز برنز)
Cu, Zn, Mn
8300- 8400
463- 247
725-530
35-13
103000
200-140
112-90
21
25-25
990
آلومینیوم برنز
Cu:Al 10-5 درصد
– 7570
556-63
687-417
69-13
120000
175-66
85-64
18-17
18-13
1063-1041
فولادهای ضدزنگ
)Fe:Cr: Ni:(Mo)
7850
210
540105109
50
207000
170
17
205
14409
143010
فوالدهای محکم
430-350
617-495
19
180-150
63-52
12
12
1900
فولادهای ساختمانی
510-423
22
130
آهن خام
355
40-25
100
چدن خاکتسری
چدن دانه دار و چکش خوار
715012
7221512
200-100
440-193
310-155
800-310
0/1-5/0
0/2-20
12000012
17200012
250-140
300-120
50-45
47-31
11
11
0/2
0/2
1350-115
1350-1150
روی (Zn)
خلوص 99/99 درصد
7140
21614
13913
1013 2513
96500
50-45
113
40142313
28
419
آلیاژ آلومینیوم
TE30 HE
2700
27015
31015
18
29950
-6010
20616- 184
23
5216- 32
660-570
آلومینیوم (Al)
خلوص 99 درصد
2650
–
140-70
20-2
– 68300
72400
23
42-22
214
24
5/60
660
1-
اعداد داده شده به روش های شکل دادن و مشخصات بستگی دارند. مقاومت به ترتیب زیر زیاد می شوند: ریخته شده ، نورد شده، کشیده شده، چکش کاری شده، بازپخت شده، نیمه سخت، سخت البته با طول های مربوطه.
2- مس بدون اکسیژن با رسانای بالا.
3- مس با خلوص و رسانای بالا.
4- مس بدون ارسنیک، اکسیژن گیری شده.
5- مس ارسنیک دار، با خلوص بالا و بدون اکسیژن.
6- نورد گرم.
7- نورد سرد.
8- نورد سرد شده و بازپخت شده.
9- Ni 10 : 18Cr
10- Mo 5/2 :17Cu: 11Ni
11- بجز دمای ذوب بقیه اعداد مربوط به آهنهای که مقاومت و پرمقاومت هستند.
12- مقادیر متوسط.
13- موازی با جهت نورد.
14- عمودی بر جهت نورد.
15- حداقل لازم در استاندارد BS1474 برای تیرآهن و قطعه ها. (استاندارد بریتانیایی)
16- آلیاژهای مختلف.
17- مشخصات بسته به وزن مخصوص بتن و نوع پرکننده تغییر می کند.
18- مقادیر تقریبی برای بتن با مقاومت خرشدگی 28N/mm2
19- مقادیر تقریبی برای بتن رس دار با مقاومت خرشدنی 14N/mm2
20- ترموپلاستیکها
21- پلاستیکها ترموست
22- پلاستیکهای متخلخل
23- خواص بسته به گونه، وزن مخصوص، میزان رطوبت، جهت بارگذرای تغییر می کند.
24- حداکثر برای grp (فشاری که جسم را 1/0 درصد کاهش حجم یا طول می دهد)
جدول شماره 3- خصوصیات برخی از غیرفلزات
مواد
وزن مخصوصی
Kg/m3
مقاومت فشاری
1/0 درصد
N/mm2
مقاومت کششی
N/mm2
افزایش طول
در 50mm درصد
جدول الاستیسیته E N/mm2
سختی عدد برنیل
ضریب هدایت گرمایی
w/mC
ضریب طولی mm
(mm×-6C)
رسانای الکتریکی در 20C بر حسب درصدمس یا رسانای بالا
نقطه ذوب
شیشه
2520
172-34
68900
04/1
9/4
1500
بتن
بادانه سنگی سبک
2240-2400
418
2860018
4/1 – 0/1
14-10
بادانه سنگی سنگین
– 320 – 2000
319
800019
5/0-9
819 – 605
پلاستیکها
900-2300
12822- 302
190024
5522/0- 14/0
9021- 720
Nil21
31023- 68
80020 – 5
1030021 – 17220
2060024
2/0
210- 7
295-80
چوبهای ساختمانی23
38-900
110-20
5860-18600
14/01
5/4
فهرست مطالب
عنوان صفحه
مقدمه 1
فلزات آهن 2
متالوژی آهن و فولاد 3
میزان کربن در فلزات آهن 7
فولاد 10
خواص فولاد 12
تاثیر ناخالص کیفیت فولاد 14
عملیات گرمایی بر روی فولاد 16
فولادهای سازه ای 18
فلزات غیرآهن 19
آلومینیوم 19
آلومینیوم خالص 21
آلیاژهای آلومینیومی 22
پوشش آلومینیوم 23
پرداخت نهایی فلزات غیرآهنی 24
آبکاری 25
نگاهداری از پرداخت ها 26
خوردگی در فلزات 26
محیط 27
پیش بینی عملی برای مقابله با خوردگی 31
مس 33
روی 36
سرب 38
نیکل 40
قلع 41
کرم 42
تیتانیوم 42
موضوع تحقیق:
فلزات آهنی و غیرآهنی
استاد مربوطه:
عنوان درس:
گردآورنده:
11